［本站讯］山东大学微生物技术国家重点实验室张玉忠教授团队在Proceedings of the National Academy of Sciences of The United States Of America(PNAS)杂志在线发表了题为"Structural insights into the assembly and energy transfer of haptophyte photosystem I-light-harvesting supercomplex"的研究论文。张玉忠教授、英国利物浦大学刘鲁宁教授、华中农业大学高军教授和山东大学赵龙生研究员为该论文的共同通讯作者。山东大学博士生何飞宇、硕士生曲芯霄为并列第一作者，山东大学为第一作者单位和通讯作者单位。

光合作用为几乎所有生命形式提供必需的食物和养分，在维持大气中的碳氧平衡方面发挥至关重要的作用。光系统I（photosystem I, PSI）是光化学反应中关键的组成部分。迄今为止，多种红色谱系的PSI–LHCI结构已被解析，其中包括红藻PSI–LHCR、隐藻PSI–ACPI、硅藻PSI–FCPI和甲藻PSI–AcpPCI。这些PSI–LHCIs结构的差异揭示了它们在红色谱系质体进化和生理适应中的特定位置，但定鞭藻PSI–LHCI的精确结构尚不清楚。

定鞭藻门的藻类是重要的单细胞海洋浮游植物，在海洋生态系统和全球生化平衡中发挥着至关重要的作用，并被认为是最古老的真核光自养生物类群之一，对于理解光合浮游植物进化具有重要意义。本研究通过冷冻电镜单颗粒分析技术解析了定鞭藻Isochrysis galbana光系统I–捕光复合物I（PSI–iFCPI）超复合体的结构（图1）。定鞭藻PSI核心包含12个亚基，相较于红藻和隐藻丢失了PsaO，同时含有硅藻和甲藻缺失的PsaK。22个捕光天线亚基（iFCPIs）围绕PSI核心呈三层排列。

图1 定鞭藻PSI–iFCPI超复合物的整体结构

模拟计算得出的激发能传递速率表明，PSI–iFCPI内复杂的色素网络能够确保激发能的高效传递（图2）。定鞭藻iFCPIs与隐藻ACPIs和硅藻FCPIs相比含有更多的Chls c，其中一些额外的Chls c有助于iFCPIs之间的能量传递。

图2 定鞭藻PSI–iFCPI超复合物的能量传递路径

定鞭藻的PSI核心和iFCPIs可能具有不同的起源。质体编码的PSI核心亚基来自隐藻，而核编码的iFCPIs则来源于硅藻（图3）。

图3 红色谱系PSI–LHCI超复合物可能的进化发展

该研究不仅为揭示了定鞭藻PSI–iFCPI的光捕获和能量传递机制提供了结构基础，还为深入理解红色谱系藻类PSI–LHCIs结构的进化多样性提供了依据。

张玉忠教授研究团队长期从事藻类光合作用的研究，成果发表在Nature Plants（2020, 6: 869）、Nature Communications（2024,15:2392; 2024, 15:4999）、The Plant Cell (2023, 35: 2449）、Plant Physiology（2022, 190: 1883）上。本次在PNAS上发表的研究成果是该团队藻类光合作用研究中的又一个新进展。

该论文由山东大学、中国海洋大学、英国利物浦大学和华中农业大学相关学者合作完成，该研究得到了国家自然科学基金重点项目、科技部重点研发计划等项目的资助。